Nochtann taighdeoirí torthaí ríomhanna dhá-qubit ‘gealladh fúthu’ le haghaidh ríomhaireachta chandamach

Sa mhéid a léiríonn an chéad scoth, rinne taighdeoirí tomhas ar dhílseacht - cruinneas - oibríochtaí loighic dhá chiúb i sileacain - rud a d’fhág go raibh torthaí an-geallta ann a chuirfidh ar chumas scálaithe suas le próiseálaí chandamach ar scála iomlán.

Rinne foireann an Ollaimh Andrew Dzurak in Innealtóireacht UNSW an taighde, agus rinne Wister Huang turgnaimh - mac léinn PhD sa bhliain deiridh san Innealtóireacht Leictreach, agus an Dr Henry Yang, iarbhall taighde ag UNSW.

Míníonn Dzurak: “Is féidir gach ríomh chandamach a bheith comhdhéanta d’oibríochtaí aon-qubit agus d’oibríochtaí dhá-qubit - sin iad bloic thógála lárnacha na ríomhaireachta chandamach.

“Nuair a bheidh siad sin agat, féadfaidh tú aon ríomh a theastaíonn uait a dhéanamh - ach caithfidh cruinneas an dá oibríocht a bheith an-ard."

Ba í foireann Dzurak an chéad duine a thóg geata loighic chandamach i sileacain siar in 2015, rud a fhágann gur féidir ríomhanna a dhéanamh idir dhá chnap faisnéise - an próiseas ag glanadh bac ríthábhachtach agus muid ag iarraidh ríomhairí chandamach sileacain a thabhairt i gcrích.

Ó shin i leith, léirigh roinnt grúpaí ar fud an domhain geataí dhá chiúb i sileacain - ach go dtí go raibh an páipéar sainchomhartha seo a foilsíodh inniu sa Dúlra - ní fios fíor-chruinneas geata dhá chnapán den sórt sin.

Is í cruinneas an eochair do rath ríomhaireachta chandamach

Deir an Dr Yang: “Is paraiméadar criticiúil í an dílseacht a chinneann cé chomh inmharthana agus atá teicneolaíocht qubit - ní féidir leat leas a bhaint as cumhacht ollmhór na ríomhaireachta chandamach mura bhfuil na hoibríochtaí qubit beagnach foirfe, agus gan ach earráidí beaga bídeacha ceadaithe."

Den chéad uair riamh, rinne eolaithe tomhas ar dhílseacht - is é sin, cruinneas - geata dhá chiúb i sileacain, le torthaí an-geallta a bheidh mar chuid lárnach de scálú suas le próiseálaí chandamach ar scála iomlán. (UNSW)

Sa staidéar seo, chuir an fhoireann tagarmharcáil dílseachta bunaithe ar Clifford i bhfeidhm agus rinne siad é - teicníc ar féidir léi cruinneas qubit a mheas ar fud na n-ardán teicneolaíochta go léir - ag taispeáint dílseacht geata dhá chiúb de 98% ar an meán.

Míníonn an tUasal Huang, an príomhúdar ar an bpáipéar, conas a baineadh amach cruinneas chomh hard sin: “Bhaineamar an-dílseacht amach trí phríomhfhoinsí earráide a thréithriú agus a mhaolú, agus ar an gcaoi sin feabhas a chur ar dhílseachtaí geata go dtí an pointe ina ndéantar seichimh tagarmharcála randamaithe ar fhad suntasach - níos mó ná 50 oibríocht geata - d’fhéadfaí iad a dhéanamh ar ár bhfeiste dhá chiúb. "

Beidh raon leathan feidhmchlár tábhachtach ag ríomhairí chandamach sa todhchaí mar thoradh ar a gcumas ríomhaireachtaí casta a dhéanamh ar luasanna níos mó ná an ríomhaire nua-aimseartha is sofaisticiúla fiú. Áirítear leis seo fadhbanna a réiteach atá díreach thar chumas ríomhairí an lae inniu.

Deir an tOllamh Dzurak: “Ach i gcás fhormhór na bhfeidhmchlár tábhachtach sin, beidh na milliúin coirnéil ag teastáil, agus beidh ort earráidí chandamach a cheartú, fiú nuair atá siad beag.

“Ionas gur féidir ceartú earráidí a dhéanamh, caithfidh na coirníní féin a bheith an-chruinn ar an gcéad dul síos - mar sin tá sé ríthábhachtach a ndílseacht a mheas."

Leanann sé air: “An níos cruinne do qubits, is lú a theastaíonn uait - agus dá bhrí sin, is luaithe is féidir linn an innealtóireacht agus an déantúsaíocht a mhéadú chun ríomhaire chandamach ar scála iomlán a bhaint amach."

Is é sileacain an bealach chun tosaigh

Deir na taighdeoirí gur cruthúnas breise é an staidéar go bhfuil sileacain mar ardán teicneolaíochta an-oiriúnach chun an líon mór qubits a mhéadú atá riachtanach le haghaidh ríomhaireachta chandamach uilíoch.

Ós rud é go bhfuil sileacain i gcroílár an tionscail ríomhaireachta dhomhanda le beagnach 60 bliain, tuigtear go maith a airíonna cheana féin agus is féidir leis na saoráidí táirgeachta sliseanna sileacain atá ann cheana féin oiriúnú go héasca don teicneolaíocht.

Sceallóga sileacain - todhchaí na ríomhaireachta chandamach (Ollscoil Teicneolaíochta Delft)

Deir Dzurak dá mbeadh luach na dílseachta ró-íseal, go mbeadh impleachtaí diúltacha tromchúiseacha aige do thodhchaí na ríomhaireachta chandamach sileacain.

Leanann sé air: “De bharr go bhfuil sé gar do 99% tá sé sa pháirc liath a theastaíonn uainn, agus tá ionchais den scoth ann le haghaidh tuilleadh feabhais. Taispeánann ár dtorthaí láithreach, mar a thuar muid, gur ardán inmharthana é sileacain le haghaidh ríomhaireachta chandamach ar scála iomlán.

“Is dóigh linn go mbainfimid dílseachtaí i bhfad níos airde amach anseo, ag oscailt an chosáin go ríomh chandamach ar scála iomlán, a ghlacfaidh lochtanna. Táimid anois ar tí cruinneas dhá-qubit atá ard go leor chun earráidí chandamach a cheartú. "

Sa dara páipéar a scríobh an Dr Yang agus a foilsíodh le déanaí in Nature Electronics, ghnóthaigh an fhoireann chéanna an taifead don gheata 1-qubit is cruinne ar domhan i bponc chandamach sileacain - le dílseacht iontach de 99.96%.

Molann Dzurak obair fhoireann UNSW: “Seachas na buntáistí nádúrtha a bhaineann le coirníní sileacain, is é príomhchúis amháin gur éirigh linn torthaí chomh hiontach sin a bhaint amach ná mar gheall ar an bhfoireann iontach atá againn anseo ag UNSW.

“Tá mo mhac léinn Wister agus an Dr Yang thar a bheith cumasach. Cheap siad go pearsanta na prótacail chasta a theastaíonn don turgnamh tagarmharcála seo. "

Deir Déan Innealtóireachta UNSW, an tOllamh Mark Hoffman, gur cruthúnas eile fós é an dul chun cinn go bhfuil an fhoireann cheannródaíoch seo i mbun ríomhaireachta chandamach a thógáil trasna na tairsí ón teoiriciúil go dtí an fíor.

Deir Hoffman: “Is é an ríomhaireacht chandamach rás spáis na linne seo - agus is é Sydney atá i gceannas ar an gcúiseamh.

“Is céim eile í an chloch mhíle seo i dtreo ríomhaire chandamach ar mhórscála a bhaint amach - agus treisíonn sé gur cur chuige an-tarraingteach é sileacain a chreidimid a gheobhaidh UNSW ansin ar dtús."

Qubits casadh

Tá gealltanas mór ann maidir le ríomhaireacht chandamach mar gheall ar a n-amanna comhleanúnachais fada agus an poitéinseal atá ann teicneolaíocht chiorcaid chomhtháite atá ann cheana a ghiaráil chun an líon mór coirníní a theastaíonn le haghaidh feidhmeanna praiticiúla a mhonarú.

Tá an tOllamh Dzurak i gceannas ar thionscadal chun teicneolaíocht qubit sileacain CMOS a chur chun cinn le Silicon Quantum Computing, an chéad chuideachta ríomhaireachta chandamach san Astráil.

Deir Dzurak: “Tugann an toradh is déanaí atá againn níos gaire dúinn an teicneolaíocht seo a thráchtálú - is éard atá i gceist le mo ghrúpa sliseanna chandamach a thógáil is féidir a úsáid le haghaidh feidhmchlár sa saol fíor."

Bheadh ​​feidhmchláir mhóra ag próiseálaí chandamach ar scála iomlán sna hearnálacha airgeadais, slándála agus cúram sláinte - chuideodh sé le cógais nua a aithint agus a fhorbairt trí dhearadh comhdhúile cógaisíochta a chuidíonn le ríomhaire a luathú go mór. D’fhéadfadh sé rannchuidiú le hábhair nua, níos éadroime agus níos láidre a fhorbairt a chuimsíonn leictreonaice tomhaltóra chuig aerárthaí, agus cuardach faisnéise níos gasta trí bhunachair sonraí mhóra.

Is iad údair eile ar an bpáipéar Dúlra taighdeoirí UNSW Tuomo Tanttu, Ross Leon, Fay Hudson, Andrea Morello agus Arne Laucht, chomh maith le hiarbhaill foirne Dzurak Kok Wai Chan, Bas Hensen, Michael Fogarty agus Jason Hwang. Chuir an tOllamh Kohei Itoh ó Ollscoil Keio na Seapáine sliseoga sileacain saibhrithe go iseatópach ar fáil don tionscadal.

Taighde bunaidh: http://dx.doi.org/10.1038/s41586-019-1197-0